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三元鋰電池是指使用鎳鈷錳作為正極材料，石墨作為負(fù)極材料的鋰電池。三元鋰電池電壓平臺(tái)高，比能量、比功率大，能量密度高。除此之外，在大倍率充電和耐低溫性能等方面，三元鋰電池也有很大的優(yōu)勢(shì)。

電池內(nèi)阻是衡量電池健康狀態(tài)的重要指標(biāo)，本文利用HPPC脈沖功率測(cè)試方法，測(cè)試電池在不同脈沖電流、不同脈沖時(shí)間長度下，充放電過程中對(duì)應(yīng)下的內(nèi)阻，通過繪圖并分析得出在不同條件下內(nèi)阻的變化規(guī)律，為研究電池性能提供參考依據(jù)。

1. 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備為藍(lán)電測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試電流10A，電壓20V；溫控箱，溫度范圍為-20~130℃。

實(shí)驗(yàn)過程中，將電池樣品放置于恒溫箱中與藍(lán)電測(cè)試設(shè)備相連接的卡槽內(nèi)，設(shè)置溫度25℃，濕度30%，避免由于環(huán)境溫度的變化對(duì)內(nèi)阻測(cè)試的影響。通過在測(cè)試軟件設(shè)置測(cè)試程序，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用 Excel 表格篩選數(shù)據(jù)，Origin 軟件繪圖。

1.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)材料為三元鋰電池18650PF，標(biāo)稱容量2.9Ah，標(biāo)稱電壓3.7V。該圓柱形電池的正極材料為鎳鈷錳(三元材料)，其他參數(shù)如表1所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程和方法

本文參考《FreedomCAR 功率輔助型混合動(dòng)力車電池測(cè)試手冊(cè)》里的3.3節(jié)混合脈沖功率特性測(cè)試，設(shè)計(jì)內(nèi)阻測(cè)試方法，完整測(cè)試過程中電流和電壓隨時(shí)間的變化，如圖1所示。

具體測(cè)試步驟如下：

(1)將三元鋰電池置于溫控箱，溫度設(shè)為25℃，濕度30%，靜置1h以2.3A電流進(jìn)行充放電，記錄充入容量C；(2)以1C倍率恒流放電至放電容量為0.01C時(shí)停止放電，此時(shí)電池SOC=0.9，靜置1h，電壓記為U1；(3)采用XC倍率大小的脈沖電流對(duì)電池進(jìn)行恒流放電，持續(xù)30s，電壓記為U2，靜置60s，電壓記為U3；(4)采用XC倍率大小的脈沖電流對(duì)電池進(jìn)行恒流充電，持續(xù)30s，電壓記為U4，靜置60s；(5)重復(fù)步驟(2)~(4)，直至SOC=0.1；(6)調(diào)節(jié)脈沖電流倍率大小X為 2、3、4，重復(fù)(1)~(5)，進(jìn)行不同脈沖電流下的內(nèi)阻測(cè)試。

步驟(3)和(4)中，數(shù)據(jù)為0.1s采集一次。以放電過程為例，電壓變化曲線如圖2所示。在加載脈沖電流放電的瞬間，電池端電壓會(huì)產(chǎn)生階躍，接著相對(duì)緩慢變化，參考IEC內(nèi)阻測(cè)試方法，計(jì)算公式為：

2. 結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)阻隨SOC、脈沖時(shí)間的變化

表2、表3為不同脈沖電流和不同脈沖時(shí)間長度對(duì)應(yīng)下充放電過程的內(nèi)阻測(cè)試結(jié)果。圖3為脈沖電流3C時(shí)，充電和放電過程中不同脈沖時(shí)間長度下內(nèi)阻隨的變化規(guī)律。

圖3、圖4所示為脈沖電流大小為3C時(shí)，充放電過程中不同脈沖時(shí)間長度對(duì)應(yīng)下的內(nèi)阻變化。從圖3中可以看到：在相同SOC下，隨著脈沖時(shí)間的增加，內(nèi)阻增加，增加的幅度減小。例如，當(dāng)SOC=0.5時(shí)，脈沖時(shí)間為10、20和30s對(duì)應(yīng)的R內(nèi)阻值分別為36.25、39.87和42.77mΩ，即脈沖時(shí)間長度每增加10s， 的增幅從3.62mΩ降為2.9mΩ 。此外，隨著脈沖時(shí)間長度的增加，R隨SOC的變化在總體趨勢(shì)上保持一致，先快速減小再緩慢上升最后趨于穩(wěn)定。

圖4所示為脈沖電流大小為3C時(shí)，放電過程中不同脈沖時(shí)間長度下的內(nèi)阻R隨SOC的變化。隨著脈沖時(shí)間的增加，放電內(nèi)阻R逐漸增加。與充電過程不同，放電過程中SOC=0.1和SOC=0.2時(shí)，內(nèi)阻快速減小；SOC=0.3到SOC=0.9之間的內(nèi)阻趨于穩(wěn)定，變化范圍小。

在SOC=0.3到SOC=0.9之間，10s脈沖時(shí)間下基本穩(wěn)定在38.77mΩ，20s脈沖時(shí)間下基本穩(wěn)定在43.33mΩ，30s脈沖時(shí)間下基本穩(wěn)定在 46.30mΩ。SOC=0.3之前，不同脈沖時(shí)間長度下內(nèi)阻較高。10s脈沖時(shí)間下R最大值達(dá)到64.81mΩ，20s脈沖時(shí)間下最大值達(dá)到71.92mΩ，30 s脈沖時(shí)間下R最大值達(dá)到 77.86mΩ。

2.2 直流內(nèi)阻與脈沖電流倍率的關(guān)系

圖5為當(dāng)脈沖電流倍率分別為2C、3C和4C時(shí)，不同SOC下，充放電過程中，內(nèi)阻隨脈沖電流的變化。從圖中可以看出，隨著脈沖電流的增加，內(nèi)阻接近以線性規(guī)律減小，SOC=0.3到SOC=0.9變化趨勢(shì)一致，且同脈沖電流下，不同值對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻差值不大。不同脈沖電流下，充電過程SOC=0.1與SOC=0.2之間內(nèi)阻最大差值為9.78mΩ，放電過程SOC=0.1與SOC=0.2之間內(nèi)阻最大差值為 20.02mΩ 。充電、放電過程，SOC=0.1時(shí)的不同脈沖電流下的內(nèi)阻都明顯高于SOC=0.2到SOC=0.9的R值，放電過程內(nèi)阻值整體上高于充電過程的內(nèi)阻值。

3. 結(jié)論

本文以2.9Ah圓柱形三元鋰電池為研究對(duì)象，參考HPPC混合脈沖功率特性測(cè)試，研究了內(nèi)阻與、脈沖時(shí)間、脈沖電流和充放電狀態(tài)的關(guān)系，分析了脈沖電流的大小對(duì)測(cè)試的影響，總結(jié)如下：

(1) 無論是充電過程還是放電過程，不同脈沖時(shí)間長度下，SOC=0.1時(shí)的內(nèi)阻R值明顯高于SOC=0.2到SOC=0.9時(shí)的R值。

(2) 不同脈沖時(shí)間長度下，放電過程中的內(nèi)阻 值會(huì)高于充電過程的R值。

(3) 充、放電過程中，隨著脈沖電流值的增大，內(nèi)阻值近似認(rèn)為以線性規(guī)律減小；SOC=0.1 和SOC=0.2時(shí)的內(nèi)阻值高于SOC=0.3到SOC=0.9的R值。充電過程中SOC=0.1時(shí)的最大值為59.62mΩ，放電過程中SOC=0.1時(shí)的最大R值為80.07mΩ。

文獻(xiàn)參考：武鑫,嚴(yán)曉,王影,黃碧雄,劉中財(cái).三元鋰電池內(nèi)阻特性的研究[J].電源技術(shù),2019,43(4):568-570684